人工智能赋能体育教育的技术路径和影响

高明光顾兴林

（1.江西师范高等专科学校体育学院 江西 鹰潭 335000；2.枣庄科技职业学院基础部 山东 枣庄 277599）

人工智能(简称 AI)是一门在计算机科学、控制论、信息论、系统科学、哲学等多种学科基础上发展起来的，能够模拟、延伸、扩展人类智能的学科。人工智能本质上是计算机科学的分支，随着计算机技术的快速迭代更新，从而表现出更强的智能性和实用性，被社会大众普遍接纳。人工智能的快速发展是我国加快推进教育现代化过程中不可或缺的中坚力量，并得益于国家对人工智能的顶层设计与良好政策，人工智能与教育的结合必将更加紧密，并相互推进，共同受益。近年来，我国在教育领域的人工智能应用快速发展，为人工智能产业发展提供了丰富的场景和创新舞台。2018年，教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》指出，人工智能、大数据等技术迅猛发展，将深刻改变人才需求和教育形态。人工智能走向学科教育是时代发展过程中的必然趋势，也将为我国学校体育的转型发展提供强大助力。

1、人工智能在体育中的应用

体育的分类方法有很多，从人工智能应用对象考虑，本文将体育分为竞技体育、学校体育和大众体育三类，并将人工智能在这三类体育中的应用现状进行如下简要论述。

1.1、人工智能在竞技体育中的应用

竞技体育，涉及运动员选材、运动训练、运动竞赛和竞技体育管理等。它以体育竞赛为特征，是以创造优异成绩和夺取比赛优胜为主要目标的社会体育活动。目前，人工智能在竞技体育的应用十分广泛，已经渗透到了竞技体育的方方面面，例如，运动员素质检测、竞技体育训练、动作分析与战术建模、辅助裁判和智能裁判等。

1.2、人工智能在大众体育中的应用

随着人工智能与我国体育健身市场的不断融合，一大批智能化健身产品逐渐进入消费市场。智能手环、智能运动鞋等可穿戴智能设备逐渐出现在人们的日常健身中，随着快速更新迭代的智能产品进入消费市场，加速推进了人工智能与大众健身领域的深度融合。

1.3、人工智能在学校体育中的应用

目前，人工智能在学校体育领域中的应用仍处在起步探索阶段。如北京体育大学启用的智能化场馆，用于高效管理数据信息，优化业务流程，节省时间和改善服务；无锡市运用智能化体质测试系统完成了学生的体质检测档案、运动风险预测、科学健身新方法培训以及健身效果监控等。这些实践上的探索，打开了人工智能赋能学校体育教育领域的有益开端。

2、学校体育教育现状

学校体育教育质量不高，教学效率低下已是不争事实，教师仅能依靠个人经验和认知开展教学，教学设计、内容设置与调整缺乏有效科学依据，并呈现出教学随意化趋势。体育教学效果受到诸多短板的限制，如教师的讲解示范受限于技能水平、身体素质和年龄的影响，示范效果难以保证。教师不了解学生的具体需求和体育基础，开展大同化进度教学，学生在迷茫中学习，被动灌输中学习，造成学生体育学习氛围差，抵触心理较强等现实问题。

3、人工智能赋能学校体育教育的主要技术路径

人工智能与体育学科结合是当代学校体育教学的新趋势，根据人工智能设备与技术的迭代发展情况，目前人工智能赋能学校体育的主要技术路径为智能可穿戴设备、运动视觉技术、智能运动场馆和VR等。

3.1、智能可穿戴设备与学校体育

智能可穿戴设备可以呈现为配件如手环、手表、服饰等，是利用现代通信和传感器记录机体的多种生命数据从而监控人体的全面体征状态。可穿戴式人工智能产品具备便携性、针对性、实时性和安全性基本特征。智能可穿戴设备可以测量处于运动或静止状态的学生的身体综合指标，如肌电、呼吸、体温、心率、血压、血氧饱和度和血糖等生理参数。随着技术的更新迭代，柔性电子、多功能器件集成、大数据分析处理等技术不断发展，运动传感器呈现出向深度智能化、多元化、微型化、柔性可穿戴化发展，可以对运动训练过程产生的信号进行全方位、多角度、多层次采，以此构建出运动训练者的运动大数据。智能可穿戴设备运用于体育教学中，可帮助教师及时掌握学生的运动负荷量以及各项生理指标，这对预防运动损伤、科学调控教学行为具有重要现实意义。另外，智能可穿戴设备增加了学生对运动的兴趣，改变学生对运动的片面单向理解，实现了智能技术对学校体育教育的多层次赋能作用。

3.2、运动视觉技术与学校体育

传统的动作识别技术有机械式、声学式、电磁式、光学式等。机械式技术采用外置传感器和刚性支架，身体运动受限。声学式和电磁式技术易受外界环境干扰、时间延迟较长、识别精度低等问题。光学式技术较为精准，但其存在价格较贵、数据处理时间长等不足。运动视觉技术是利用摄像机和计算机对目标进行捕捉、跟踪、测量，并通过人工智能算法实现动作自动识别，突破了传统动作识别技术的诸多掣肘，对于运动训练具有重要意义。运动视觉技术运用于体育教学，能对学生所做动作进行精准化智能识别，解决教师无法兼顾学生同时学练的现实困境。计算机视觉技术的运用，可帮助学生清楚了解自身技术动作在完成质量、幅度、角度、运动轨迹等方面与标准动作技术的差距，通过直观的动作对比与演示，使学生完成从表象动作模仿到认知技术动作的转变。计算机视觉技术的运用，在加深学生对动作认知的同时，激发了学生的学习兴趣和求知欲。

3.3、智能运动场馆与学校体育

学校体育的开展常受限于因场馆有效利用率低而导致的场馆实用面积浪费问题。遇到恶劣天气如下雨、大风或暴晒时，体育课不能在室外授课，只能进行室内授课。室内的运动场地空间有限，且场地不能根据教学项目的需要做出调整，导致教学项目相互影响，部分场馆面积无法使用，造成场地的实际的利用率较低。相较于传统体育场馆过多关注物理空间的特点，人工智能赋能下的智能运动场馆更加注重馆内的环境设施、服务细节和管理方式，从而实现建筑、服务和管理等多维度的智慧化升级。智能运动场馆可根据教学内容的需要对场地进行现场改造，在智能场馆中可以兼容多个运动项目同时进行，并可针对不同应用场景，形成多个细分行业解决方案，满足多元化场景需求，满足不同教学需求，真正做到高效率地运用有限的场地。随着人工智能技术的快速发展，视觉算法全自动跟踪拍摄技术、APP/网页/TV多终端多屏观看直播和录像回放技术、智能传感器全程自动采集运动数据技术以及云平台数据统计分析等技术已经在国内多个学校的运动场中得以应用，如北京市八一学校和深圳市翠园中学，并取得了较好应用效果。智能运动场馆在助推学校体育现代化、提升教师教学效率，提高学生运动兴趣等方面均可起到重要推进作用。

3.4、VR与学校体育教育教育

VR是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，用户可以在虚幻的世界里得到最真实的感受。VR技术所展示出的巨大潜能，致使众多科技巨头如特斯拉、苹果正积极投入巨资在这条全新赛道。随着技术的成熟，已成功应用于竞技体育领域，并取得了较好效果。伴随VR时代的到来，给传统体育教育模式的转型升级带来了重大机遇。VR技术运用于体育教学中，可改变传统的教与学方式，解决了传统教学模式下教师讲解示范效果差、缺乏情景带入和学生模仿理解难等问题，使学生获得接近于真实情境中的立体化沉浸式的动作感受，并可在设置好的VR情境中进行模拟学练，帮助学生更好更快更有兴趣地进行学练。

4、人工智能赋能学校体育的影响

人工智能赋能学校体育，可对教师教学模式、学生学习模式、教师教学评价、学生学习评价和学生学习效果带来有益改变和积极影响。

4.1、人工智能赋能体育教育对教师教学模式的影响

传统体育教学模式的教学过程为明确教学目标、讲解与示范、指导与总结。其中又以教师的讲解示范和练习指导为体育教学模式的核心。教师的动作示范效果受限于技能水平、身体素质和年龄影响，对于某些复杂动作，教师往往因不能做出有效示范，只能靠自身讲解来教授技能动作，学习效果难以保证。另外，对于部分复杂技能动作的教授，教师难以做到边示范边讲解，教师的动作示范也难以呈现出多角度慢速化展示，导致教师的示范效果差，学生不易理解与模仿，学习效果不如人意。VR人工智能技术，可模拟真实的运动场景，并可根据学生学练需要从各个角度慢放展现运动细节，使学生深入了解运动动作的内在逻辑关系，建立深层次技能认知。在练习指导方面，教师往往要同时指导多数学生进行学练，分身乏术因而不能及时察觉到每个学生的动作练习情况，这就可能导致部分学生在错误动作下反复练习，形成难以纠正的错误动作定型。在计算机视觉技术和相关智能算法的赋能下，教师可及时发现学生学练中的错误动作并及时纠正，学生在也能通过计算机视觉技术的回放与动作对比功能，深入了解到自身动作与标准动作的差别。在人工智能技术的赋能下，为高效率和精准化体育教学模式的实现提供了有力支撑。

4.2、人工智能赋能体育教育对学生学习模式的影响

学生对传统体育课缺少认同感和参与兴趣，重要因素之一在于教师无法根据学生的不同基础和接受能力展开个性化教学。教师不了解学生的具体需求和体育基础，进行大同化进度教学，学生在迷茫中学习，缺乏动力。人工智能技术如运动视觉、智能可穿戴设备与VR等技术的结合为学生的体育学习模式提供了新窗口，VR技术依托可穿戴设备，通过计算机视觉，可实时获取多视角图像信息，得到学生的三维动作信息并可给出具体评价。在人工智能技术赋能下，学生运动大数据可实时获得，动作质量可实时反馈，从而帮助教师开展有针对性的教学设计与指导，使学生从大同学习模式走向个性化学习模式。人工智能赋能下，师生间的互动交流得以高效进行，学生个性化学习模式成为了现实，学习兴趣和动力可得到显著提升。

4.3、人工智能赋能体育教育对教师教学评价的影响

教师教学能力评价是提高体育教学质量的有效手段。目前主要有督导评价和学生评价两方面。督导评价存在评价主体单一、评价结果不客观、评价内容华而不实和评价改进目的未能显现等问题，对于体育教学的质量改进作用甚微。学生作为教学直接参与者，其评价结果应是客观的，但事实并非如此。多数学生给出教学评价好与坏的标准是，教学纪律是否宽松，休息时间是否较多等。在人工智能技术的帮助下，学生的有效运动时间、运动生理负荷量、动作完成质量等数据都可快速获得，通过对大数据的挖掘与分析，可以反映出教师教学设计是否合理和学生学习效果是否达标，进而可作为对教师教学评价的重要依据。大数据的挖掘与分析为现有教师教学评价体系的改革开辟出了新的道路。

4.4、人工智能赋能体育教育对学生学习评价的影响

目前，教师对学生学习评价主要有过程性评价和终结性评价两种。终结性评价即考试评价，有具体可量化的评价指标。而过程性评价由考勤和课堂表现组成，其中又以课堂表现为主要内容。课堂表现主要是评价学生学习的认真程度，衡量认真程度不仅需要定性的主观性评价，还需结合定量的客观性评价，两者相辅相成。在传统体育教学中，学生的运动大数据如运动时间、运动负荷量、最大心跳、平均心跳等运动大数据指标难以获得和精准统计，造成教师无法对每个学生进行准确的定量评价。这就使过程性评价的公正性和客观性存疑，弱化了过程性评价对学生体育学习的推动作用。在人工智能技术如运动视觉、柔性智能可穿戴设备和智能大数据分析等技术的赋能下，学生的运动数据指标可便捷获得，其为定量评价的开展提供了有效技术支撑，提升了教师过程性评价的准确度，整体提高了教师对学生学习评价的客观性和科学性。

4.5、人工智能赋能体育教育对学生学习效果的影响

人工智能赋能体育教育可从教师、学生两方面提升学生学习效果。在教师方面，人工智能技术如智能可穿戴设备和运动视觉等技术的赋能下，教师能清楚掌握每个学生的身体素质、健康情况和体育基础，及时了解学生的技能掌握情况和身体素质进展情况，助力教师科学地进行教学内容的选择与设计，并有针对性地开展教学活动。在学生方面，人工智能技术的运用，如计算机视觉的可视化分析技术和VR身临其境的动作细节展示功能等，不仅能极大激发学生的学习兴趣，并能帮助学生更好地理解所要学习的动作技能。人工智能技术赋能体育教育，不仅提高了教师的教，也改善了学生的学，在教与学两方面形成合力，提升学生体育学习的效果。

5、结语

目前我国人工智能设备在体育教育领域的应用总体上处于初步发展阶段，作为人工智能赋能体育教育基础的体育大数据库尚未真正形成，体育人工智能设备的消费需求未真正打开，体育人工智能设备的监管制度也尚待建立。在产业层面，体育人工智能产业以小微企业为主，产业发展不均衡。促进人工智能设备与体育教育领域的深度融合，需要进一步推动体育人工智能设备的进步和完善。在政策上，需要有引导和鼓励性政策，并给与相应的扶持。在技术上，需要构建出互联互通的体育大数据平台和统一的数据标准，通过技术创新解决社会大众所担忧的的负面问题，如个人数据的保护。在市场上，需要提升产品的实用性和性价比，带动社会大众对体育人工智能设备的消费热情。我国体育领域对人工智能设备的需求量巨大，尤其是学校体育和大众健身领域，有着庞大的体育人工智能设备的需求。市场需求是推动技术发展和产业链完善的催化剂，相信随着我国人工智能技术的发展和配套的产业链的完善，人工智能设备的成本将向平民化和廉价化方向发展，从而实现技术的赋能作用。然而如何将人工智能运用于学校体育教育领域并实现完美融合，仍道长且艰。面对人工智能带来的机遇与挑战，每一位体育教育工作者应保持一份学习、包容的态度，做人工智能赋能体育教育的实践者和引领者，积极探索人工智能体育应用的实施路径，实现体育教育与人工智能的深度融合。